花岗岩地区地铁隧道爆破振动传播规律研究*
翟才雅① 李安龙① 刘 涛②③ 苏 宇②
【摘 要】摘 要 青岛为典型花岗岩地区，地铁隧道开挖采用钻爆法。本文首先采用现场实测与统计分析的方法分析了青岛地铁3 号线3 个工点的隧道爆破监测数据，较为系统地研究了钻爆法施工条件下地表及邻近构筑物的最大振速、主频分布与爆破参数的相关关系，采用线性回归法拟合出包含上述因素的经验公式。采用数值模拟手段，模拟爆破条件下地表及临近建筑物的振动的响应，并将模拟结果与实测数据进行对比，研究主要结论如下:(1)最大振速随比例距离基本呈指数的形式衰减，随着比例距离的增加，最大振速值逐渐减小;(2)爆破引起的振动主频随比例距离分布较为随机，无法建立两者之间的数学模型，主频多在20 ～70Hz 范围内;(3)建筑物内部中三矢量方向上的最大振速均随着楼层的增高呈一定的增加趋势，建筑物外部的地表振速要大于内部质点的速度。 【期刊名称】工程地质学报 【年(卷),期】2014(000)005 【总页数】8
【关键词】关键词 花岗岩地区 地铁隧道 钻爆法 振动传播规律
0 引 言
在硬质岩地区中掘进隧道，一般采用钻爆法[1]。城市地铁隧道钻爆法施工产生的爆破振动会对周边建筑结构产生影响，建立建筑结构爆破振动安全控制标准结合爆破振动监测，可以起到良好的监控作用，从而指导爆破作业[2 ～4]。基于理论分析和现场试验研究，国内外学者取得了一定的成果[5 ～9]。Rockwell 认为在爆破地点约200－300 英尺范围外的结构受到的影响很小;Thoenen ＆
Windes 认为应该用质点加速度作为界定结构损坏的标准，结构质点加速度大于和小于0.1g 时，分别对应损坏和不损坏;Crandell 也提出了一个安全标准，定义能量比e =(a/f)2，其中，a 为质点加速度，f为频率，并认为当能量比小于或等于3 时，结构物是安全的，当其大于6 时，该区域对应为危险区。其次，在大量工程实践的基础上国内研究学者也对爆破振动安全判断标准进行了探讨[10 ～16]。参照我国《爆破安全规程》(GB6722-2011)上的规定，地面建筑物、电站(厂)中心控制室设备、隧道与巷道等的爆破振动判据，应采用被保护对象所在地基础质点峰值振动速度和主振频率。
青岛为典型花岗岩地区，地铁隧道开挖采用钻爆法。为了确保爆区周围人和物的安全，必须在充分了解青岛花岗岩地区隧道爆破振动传播规律的基础上才能建立该地区贴切的安全判据。
1 试验点工程概况与监测方案
1.1 试验点工程概况
本次研究中，选取了青岛地铁某暗挖隧道的3个工点为研究对象。
工点1 隧道拱顶埋深10 ～12m，周边围岩为Ⅲ～Ⅴ级的坚硬花岗岩。车站位于八大关建筑群及天泰体育场附近，全长均为减震断面。
工点2 开挖断面为马蹄形断面，区间中部中设活塞风井，深约30m，区间下穿八大关建筑群，隧道拱顶埋深18 ～31m，底板埋深24 ～35m，均为深埋隧道。区间范围内覆土层主要为人工填土、冲洪积土粉质黏土和砂黏性土，开挖岩层主要为中、微风化花岗岩。
工点3 隧道全长1294.6m，区间范围内覆土层主要为人工填土层、冲洪积土层粉质黏土和含砂黏性土，隧道开挖范围内各风化带岩层厚度不均。区间横跨太
平角四路和太平角六路，地面多为商务办公、民用居住建筑物。 1.2 监测方案
在钻爆方向上不同位置设置相应测点，收集并分析在同一次爆破条件下，不同爆心距质点的速度和频率变化规律，将此类监测方案称为方案1(图1)。 在爆破工程中一般选取监测方案2，该方案不受场地条件和仪器数量的限制，在钻爆方向上选取固定测点，随着隧道不断掘进，爆心距减小(图2)。为尽量消除爆破次数不单一，药量、炮眼布置各异对数据分析造成影响，把爆心距转化为比例距离[10 ～11]。将爆心距与药量均考虑在比例距离中。 其中，R 为爆心距;Q 为最大段装药量。
2 地表振动实测与分析
2.1 地表最大振速在三矢量方向的分布
本次研究中3 个工点均采用监测方案2，总共统计爆破次数797 次，百分比分布见图3。
由以上统计结果可知，相比于水平向，最大振速出现在垂向的几率更大，在对比例距离与最大振速的研究中，应优先选取垂向振速作为研究对象。 2.2 地表最大振速随比例距离的分布
以工点1 数据为例说明最大振速随比例距离的分布。筛选出最大振速出现在垂向的监测结果，得到不同比例距离条件下对应的垂向振速最大值衰减图(表1 和图4)，进行最小二乘法拟合，拟合出的幂函数曲线Y = 132.4X－1.58，相关系数R2 = 0.429 。
用同样的方法拟合出工点2 的幂函数曲线Y =87.73X－1.28，相关系数R2 = 0.325;工点3 的幂函数曲线Y = 30.75X－1.1，相关系数R2 =0.34。工点2 和
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